Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Мрачная тема

АрхивЗемля и Вселенная
14.05.2003

Учёные заявляют, что приблизились к разгадке тайны так называемой тёмной материи, составляющей более 90 % массы Вселенной

Учёные заявляют, что приблизились к разгадке тайны так называемой тёмной материи, составляющей более 90 %  массы Вселенной.

Согласно имеющимся ныне подсчётам, на долю звёзд выпадает менее 1 % массы Вселенной, ещё около 5 % составляет остальная видимая материя, в том числе газовые облака и космическая пыль. Оставшиеся более чем 90 % - колоссальная по количеству масса – по мнению учёных, заключена в некой субстанции, которую окрестили тёмной материей. Такое название было присвоено в связи с тем, что последняя не может быть обнаружена визуально и пока что даже зарегистрирована каким-либо иным способом – всё, что нам о ней известно, это предположения, построенные на анализе поведения "обычных" тел Вселенной и аномалиях, не поддающихся объяснению в рамках принятых теорий. Таким образом, "мириады звезд" со всеми своими планетами, астероидами, газовыми, пылевыми и иными туманностями и многое другое – иначе говоря, вся Вселенная в том виде, в котором мы привыкли её себе представлять – это лишь тончайшая плёнка, несчастные островки материи в колоссальном океане невидимой массы. Короче говоря, ситуация напоминает времена, когда люди начали осознавать, что Земля – не плоская и на слонах, а круглая и вращается вокруг Солнца.

Нейл Спунер (Neil Spooner), профессор физики Шеффилдского  университета, характеризуя исследования темной материи, сравнивает это с игрой в бильярд, с той лишь разницей, что шар, с помощью которого все остальные забиваются в лузы, полностью невидим.

Подобно такому невидимому шару, играющему ключевую роль на бильярдном столе, центральное место в теории о темной материи отведено некой гипотетической субатомарной частице, получившей название "neitranolino" или Wimp – так называемой массивной  слабовзаимодействующей частице (weakly interacting massive particle), вероятно, образовавшейся во время Большого Взрыва. Поисками  именно этой фантомной субстанции в данный момент занята элита физиков планеты.

Вот уже не один год лидирующие позиции на "передовой" научных изысканий занимают британцы. В конце прошлого месяца ними была запущена Boulby Underground Laboratory - сверхновая экспериментальная лаборатория стоимостью более 3 млн. фунтов стерлингов, оборудованная в рабочей солевой шахте побережья Северного Йоркшира на глубине более 1100 м под поверхностью.

В изучении Wimp британцам "наступают на пятки" исследовательские группы из США, Франции и Италии. Ожидается, что открытие Wimp, если такая частица действительно существует, будет одним из важнейших за всю историю человеческой цивилизации и позволит, наконец, приподнять завесу над загадкой строения Универсума. А это значит, что группа, которая первой достигнет успеха, практически положит в карман Нобелевскую премию. Как позволил выразиться уже упомянутый г-н Спунер, являющийся одним из руководителей британского проекта, "если в своих изысканиях нам суждено обрести успех, значит мы претендуем на место в книгах по истории… По мнению некоторых учёных, на сегодняшний момент в науке можно выделить две наиболее важные темы – во-первых, каким образом возникла жизнь, а во-вторых, задача, которую мы намерены решить, это из чего построена Вселенная".

Физика частиц утверждает, что наше тело каждую секунду пронзают миллиарды субатомарных корпускул. Однако, в силу того, что их столкновения с атомными ядрами происходят крайне редко (примерно 1 столкновение в сутки на 10 кг вещества-детектора), зафиксировать какой-либо очевидный эффект их присутствия является весьма непростой задачей. Для того, чтобы это сделать, важно исключить воздействие любого фонового "шума", как то космической радиации или излучения со стороны радиоактивных пород. Именно поэтому лаборатория Boulby оборудована в глубокой соляной шахте, отделённой от поверхности толстым слоем породы. Чтобы исключить воздействие остаточных количеств радиоактивных материалов, содержащихся в стенах помещений и даже телах персонала, регистрирующая аппаратура будет помещена в свинцовые или медные саркофаги и объёмный в резервуар с чистой водой (200 тон).

В принципе, взаимодействие Wimp с атомом мало отличается от столкновения биллиардных шаров: Wimp меняет направление своего движения, а атом переходит в возбуждённое состояние. Последнее может быть зафиксировано одним из способов:
1) с помощью полупроводников (например, кремниевых или германиевых), а также некоторых жидкостей и газов – электрический заряд ионизированного атома может быть собран и определён количественно;
2) с помощью некоторых жидкостей и кристаллов (так называемых сцинтилляторов). В данном случае фиксируются вспышки света, испускаемого атомом во время перехода последнего с более высокого энергетического уровня на более низкий;
3) в кристаллах, которые трансформируют энергию "энергетизированного" атома в вибрации (т.н. "фононы"). Последние, однако, могут быть зафиксированы лишь при очень низких температурах (практически абсолютного нуля).

В случае лаборатории Boulby используется второй принцип. До сих пор, как правило, в качестве сцинтилляторов использовались кристаллы иодида натрия, однако теперь их заменяют жидким ксеноном, что позволяет добиться более высокой чувствительности путём объединения принципов сцинтилляции и аккумуляции заряда (способ 1).

Надежды эксперимента возлагаются на два продвинутых детектора частиц - Zeplin 1 и Drift. До конца текущего года также ожидается установка новых, более совершенных устройств. Один из детекторов – Drift – способен определять направления движения частицы, благодаря чему исследователи надеются локализировать скопления тёмной материи, что, возможно, позволит проверить правильность предположений относительно природы движения Млечного Пути.

Учёные надеются, что в случае истинности теоретических предположений относительно природы Wimp, искомая корпускула может быть обнаружена уже через 3-5 лет.

Напоследок следует отметить, что тёмная материя – не единственное загадочное явление, заставляющее ломать голову учёным. Так, в частности, из "этой же оперы" (опять) тёмная, но теперь уже энергия, с помощью которой пытаются объяснить феномен ускорения расширения Вселенной, странное поведение солнечных нейтрино, вспышки гамма-излучения и классическая корпускула Юиггса, пока абсолютно гипотетическая, из которой пытаются вывести объяснение самого феномена массы вещества. 

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2021
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.